Varjenje nerjavečega jekla zahteva izbiro zaščitnega plina za ohranjanje njegove metalurške sestave in z njo povezanih fizikalnih in mehanskih lastnosti. Med običajne elemente zaščitnega plina za nerjaveče jeklo spadajo argon, helij, kisik, ogljikov dioksid, dušik in vodik (glej sliko 1). Ti plini se kombinirajo v različnih razmerjih, da ustrezajo potrebam različnih načinov dobave, vrst žic, osnovnih zlitin, želenega profila varilne žice in hitrosti varjenja.
Zaradi slabe toplotne prevodnosti nerjavečega jekla in relativno "hladne" narave obločnega varjenja s kratkostičnim prenosnim plinom (GMAW) postopek zahteva "trojno mešanico" plina, ki jo sestavlja od 85 % do 90 % helija (He), do 10 % argona (Ar) in od 2 % do 5 % ogljikovega dioksida (CO2). Običajna trojna mešanica vsebuje 90 % He, 7,5 % Ar in 2,5 % CO2. Visok ionizacijski potencial helija spodbuja obločno ločevanje po kratkem stiku; skupaj z visoko toplotno prevodnostjo uporaba He poveča fluidnost staljene kadi. Ar komponenta Trimixa zagotavlja splošno zaščito varilne kadi, medtem ko CO2 deluje kot reaktivna komponenta za stabilizacijo loka (glejte sliko 2 za to, kako različni zaščitni plini vplivajo na profil zvarne kroglice).
Nekatere trikomponentne mešanice lahko kot stabilizator uporabljajo kisik, druge pa mešanico He/CO2/N2 za doseganje enakega učinka. Nekateri distributerji plina imajo lastniške mešanice plinov, ki zagotavljajo obljubljene prednosti. Trgovci te mešanice priporočajo tudi za druge načine prenosa z enakim učinkom.
Največja napaka, ki jo delajo proizvajalci, je poskus kratkega stika nerjavnega jekla GMAW z isto mešanico plinov (75 Ar/25 CO2) kot mehko jeklo, običajno zato, ker ne želijo uporabljati dodatne jeklenke. Ta mešanica vsebuje preveč ogljika. Pravzaprav mora vsak zaščitni plin, ki se uporablja za polno žico, vsebovati največ 5 % ogljikovega dioksida. Uporaba večjih količin povzroči metalurgijo, ki se ne šteje več za zlitino razreda L (razred L ima vsebnost ogljika pod 0,03 %). Prekomerni ogljik v zaščitnem plinu lahko tvori kromove karbide, ki zmanjšajo odpornost proti koroziji in mehanske lastnosti. Na površini zvara se lahko pojavijo tudi saje.
Mimogrede, pri izbiri kovin za kratko varjenje z GMAW za osnovne zlitine serije 300 (308, 309, 316, 347) bi morali proizvajalci izbrati kakovost LSi. Polnila LSi imajo nizko vsebnost ogljika (0,02 %) in so zato še posebej priporočljiva, kadar obstaja tveganje za medkristalno korozijo. Višja vsebnost silicija izboljša lastnosti varjenja, kot je omočenje, kar pomaga sploščiti vrh varjenja in spodbuja taljenje na konici.
Proizvajalci morajo biti previdni pri uporabi postopkov prenosa s kratkim stikom. Zaradi ugasnitve obloka lahko pride do nepopolnega taljenja, zaradi česar je postopek podpovprečen za kritične aplikacije. V primerih z veliko količino, če material lahko prenese dovod toplote (≥ 1/16 palca je približno najtanjši material, varjen z načinom pulznega brizganja), bo pulzni brizgalni prenos boljša izbira. Kjer debelina materiala in lokacija varjenja to omogočata, je prednostnejši brizgalni prenos GMAW, saj zagotavlja bolj enakomerno talino.
Ti načini z visokim prenosom toplote ne zahtevajo zaščitnega plina He. Za varjenje z razpršilnim prenosom zlitin serije 300 je pogosta izbira 98 % Ar in 2 % reaktivnih elementov, kot sta CO2 ali O2. Nekatere plinske mešanice lahko vsebujejo tudi majhne količine N2. N2 ima višji ionizacijski potencial in toplotno prevodnost, kar spodbuja omočenje in omogoča hitrejši prehod ali izboljšano prepustnost; prav tako zmanjšuje popačenje.
Za pulzirajoče brizgalno varjenje GMAW je lahko 100 % Ar sprejemljiva izbira. Ker pulzirajoči tok stabilizira oblok, plin ne potrebuje vedno aktivnih elementov.
Staljena lokva je počasnejša pri feritnih nerjavnih jeklih in dupleksnih nerjavnih jeklih (razmerje med feritom in avstenitom 50/50). Pri teh zlitinah bo mešanica plinov, kot je ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2, spodbudila boljše omočenje in povečala hitrost premikanja (glej sliko 3). Podobne mešanice se lahko uporabljajo za varjenje nikljevih zlitin, vendar bodo povzročile nastanek nikljevih oksidov na površini varjenja (npr. dodajanje 2 % CO2 ali O2 je dovolj za povečanje vsebnosti oksidov, zato se jim morajo proizvajalci izogibati ali pa biti pripravljeni porabiti veliko časa za njihovo obdelavo). Abrazivno, ker so ti oksidi tako trdi, da jih žična krtača običajno ne more odstraniti).
Proizvajalci uporabljajo polnjene žice iz nerjavečega jekla za varjenje zunaj lokacije, ker žlindrni sistem v teh žicah zagotavlja "polico", ki podpira varilno kad med strjevanjem. Ker sestava fluksa blaži učinke CO2, je polnjena žica iz nerjavečega jekla zasnovana za uporabo z mešanicami plinov 75 % Ar/25 % CO2 in/ali 100 % CO2. Čeprav lahko polnjena žica stane več na funt, je treba omeniti, da lahko višje hitrosti varjenja v vseh položajih in stopnje nanašanja zmanjšajo skupne stroške varjenja. Poleg tega polnjena žica uporablja konvencionalni izhod s konstantno napetostjo DC, zaradi česar je osnovni varilni sistem cenejši in manj zapleten kot pulzni sistemi GMAW.
Za zlitine serije 300 in 400 ostaja 100 % Ar standardna izbira za varjenje z volframovim elektrodom v plinskem loku (GTAW). Med GTAW nekaterih nikljevih zlitin, zlasti pri mehaniziranih postopkih, se lahko dodajo majhne količine vodika (do 5 %) za povečanje hitrosti varjenja (upoštevajte, da za razliko od ogljikovih jekel nikljeve zlitine niso nagnjene k razpokam zaradi vodika).
Za varjenje superdupleksnih in superdupleksnih nerjavnih jekel sta dobri izbiri 98 % Ar/2 % N2 oziroma 98 % Ar/3 % N2. Za izboljšanje omočljivosti za približno 30 % se lahko doda tudi helij. Pri varjenju superdupleksnih ali superdupleksnih nerjavnih jekel je cilj ustvariti spoj z uravnoteženo mikrostrukturo približno 50 % ferita in 50 % avstenita. Ker je nastanek mikrostrukture odvisen od hitrosti hlajenja in ker se TIG varilna talina hitro ohladi, pri uporabi 100 % Ar ostane presežek ferita. Ko se uporabi plinska mešanica, ki vsebuje N2, se N2 vmeša v talino in pospeši tvorbo avstenita.
Nerjaveče jeklo mora zaščititi obe strani spoja, da se ustvari končni zvar z maksimalno odpornostjo proti koroziji. Če se zadnja stran ne zaščiti, lahko pride do "saharifikacije" oziroma obsežne oksidacije, ki lahko povzroči odpoved spajke.
Tesni čelni spoji z dosledno odličnim prileganjem ali tesnim zadrževanjem na zadnji strani spoja morda ne potrebujejo podpornega plina. Tukaj je glavna težava preprečiti prekomerno razbarvanje območja, ki ga je prizadela toplota, zaradi kopičenja oksida, ki ga je nato treba mehansko odstraniti. Tehnično gledano je zaščitni plin potreben, če temperatura zadnje strani preseže 500 stopinj Fahrenheita. Vendar pa je bolj konzervativen pristop uporaba 300 stopinj Fahrenheita kot praga. V idealnem primeru bi morala biti podlaga pod 30 PPM O2. Izjema je, če bo zadnji del zvara izdolben, zbrušen in varjen, da se doseže var s popolno penetracijo.
Dva izbrana podporna plina sta N2 (najcenejši) in Ar (dražji). Za manjše sklope ali kadar so viri Ar zlahka dostopni, je morda bolj priročno uporabiti ta plin in se ne splača prihraniti N2. Za zmanjšanje oksidacije se lahko doda do 5 % vodika. Na voljo je več komercialnih možnosti, vendar so pogosti doma izdelani nosilci in čistilne pregrade.
Dodatek 10,5 % ali več kroma daje nerjavnemu jeklu njegove lastnosti nerjavečega jekla. Ohranjanje teh lastnosti zahteva dobro tehniko pri izbiri pravilnega zaščitnega plina za varjenje in zaščito zadnje strani spoja. Nerjaveče jeklo je drago in obstajajo dobri razlogi za njegovo uporabo. Pri izbiri zaščitnega plina ali polnilne kovine za to ni smiselno poskušati izkoriščati prednosti. Zato je pri izbiri plina in polnilne kovine za varjenje nerjavečega jekla vedno smiselno sodelovati z izkušenim distributerjem plina in strokovnjakom za polnilne kovine.
Bodite na tekočem z najnovejšimi novicami, dogodki in tehnologijo na področju vseh kovin z našimi dvema mesečnima glasilima, napisanima izključno za kanadske proizvajalce!
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje Canadian Metalworking, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje revij Made in Canada in Welding, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.